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第 6 章雷达接收机
雷达接收机的组成
雷达接收机的功能是以提供有用回波和无用干扰之间有最大鉴别率的方式对雷达发射的
回波进行放大、滤波、下变频和数字化。干扰不仅包含雷达接收机本身产生的噪声,还包含
从银河系、邻近雷达、通信设备和可能干扰机所接收到的能量。雷达本身辐射的能量被无用
目标(如雨、雪、鸟群、昆虫、大气扰动和金属宿条等)散射的部分也可以归类为干扰,并
通常归类为杂波。当机载雷达用做测高计或进行地形测绘时,其他飞机就是无用的目标,而
地面是有用的目标。对气象雷达来说,大地、建筑物和飞机是杂波,而雨或雪是有用的目
标。通常雷达是用于探测飞机、船只、地面车辆或人员的,从气象、海面或地面产生的反射
则归类为杂波干扰。
虽然雷达接收机包括的范围是有点任意的,但本章将讨论图 所示的作为接收机的各
个组成部分。雷达激励器产生各种发射波形以及本振(LO) 、时钟和定时信号等。因为雷达
激励器的这些功能通常与雷达接收机紧密结合,所以图 也包括了激励器并将在本章讨
论。图 6 .1的目的是要阐明一部现代雷达接收机和激励器的典型功能。
几乎所有的雷达接收机都以图 6 .1所示的超外差原理工作。通过这种结构,接收机对信
号进行滤波以从无用的干扰中分离出需要的目标信号来。信号经过少量的放大后,与本振频
率泪频后变成中频。在混频过程中达到最终的中频可能需要一次以上的变频,以避免碰到严
重的镜频和寄生频率问题。超外差接收机改变本振频率来跟随发射机频率调谐的任何改变,
以便不影响中频滤波。由于信号在中频占有较宽的百分比带宽,这简化了接收机的滤波操
作。这些优点证明是如此突出,致使其他竞争的接收机形式实际上己消失了。
在传统天线系统中,接收机输入信号来自双工器。它允许一部天线可由发射机和接收机
共享。在有源阵列天线系统中,接收机输入信号来自接收波束形成网络。有源阵天线包括
放在形成接收波束之前的低噪声放大器。虽然通常认为这些低噪声放大器属于天线而不属于
接收机,但本章仍将讨论它们。
方框图 包括了在射频输入端的时间灵敏度控制(STC) 衰减器,也可用可调节的射
频衰减器替代。两者都可扩展比 AID 转换器动态范围更大的动态范围。 节将更详细讨论
射频衰减器。 STC 衰减器通常跟随着一个射频放大器,经常称为低噪声放大器(LNA) 。这
个低噪声放大器以很小的噪声系数提供足够大的增益,使后面级联的部件对整个雷达噪声系
数造成的恶化最小。如果在接收机之前在天线中就提供了足够大的增益,有可能取消这一级
增益。射频滤波器用来抑制包含射频镜像频率在内的带外干扰。下变频到中频后,中频带通
滤波器用来抑制无用信号和设置接收机模拟处理的带宽。中频还提供额外的增益来补偿损
失、将信号放大到后续处理需要的电平和设置 AID 转换器所需的正确信号电平。中频限幅器
用来对造成 AID 转换器过载的大信号进行适当的限幅。
.220. 雷达手册(第二版)
激励器输出
STC 时间灵敏度控制
AGC 自动增益控制
S TAL()-----稳定本振
COH()-----相参本振
至数字信号处理机 AID一一模数转换器
图 6 .1 雷达接收机的一般组成
图 给出了数字化的两种主要方法,即(1)中频采样和(2)模拟 I/Q 解调加基带
AID 转换。一般,接收机不会同时采用这两种技术。在经济上有可能进行数字信号处理之前,
接收机采用模拟处理来完成诸如单脉冲比较等一系列功能。目前这些功能己在数字域内完成。
对这些功能的模拟处理细节感兴趣的读者可参见本《雷达手册》的第一和第二版[1. 2] 。
除了最简单的雷达之外几乎所有的雷达都需要一个以上的接收机通道。图 仅示出了
一个接收机通道,相同的通道可以根据雷达系统的需要进行任意数量的复制。用于获得精确
角度信息的典型单脉冲雷达一般有三个接收机通道,即和通道、方位差通道和俯仰差通道。
另外,许多军用雷达系统还包括一个副瓣匿影通道和几个副瓣对消通道来抗干扰。自数字波
束形成雷达出现以来,需要的接收机通道数量呈现大幅度的增加。现在有些雷达系统甚至需
要几百路接收机通道,并且要求多通道之间具有较好的幅度和相位一致性和跟踪。 节将
讨论接收机通道的跟踪和均衡。
稳定本机振荡器(STALO) 为接收机提供下变频需要的本振信号频率和为激励器提供上
变频需要的本振信号频率。为了保证严格相参的工作,稳定本机振荡器锁定在一个较低的参
第 6 •
考频率上,这个参考频率振荡器(在国 中示为参考振荡器)用做接收机和激励器内所有
时